Schwerpunkt: Grundsätzliche Aspekte der Elementarteilchenphysik und Struktur der Raumzeit

Vier Hauptgebiete:

1. Baryonenzahlverletzung durch nichtperturbative Effekte im elektroschwachen Standardmodell:

Sphaleronen und spektraler Fluß:

Neue Ergebnisse zum spektralen Fluß und Sphaleronen wurden erzielt [Klinkhamer & Lee, 2001], [Klinkhamer & Rupp, 2005] und werden zur Zeit weiter untersucht.

Für zwei Übersichtsartikel siehe [Klinkhamer, 2002], [Klinkhamer & Rupp, 2003].

2. CPT-Anomalie:

Chirale Eichtheorien, die auf einer topologisch nichttrivialen räumlichen Mannigfaltigkeit definiert sind, weisen eine anomale Brechung der Lorentz- und CPT-Invarianz auf. Ein aktueller Übersichtsartikel: [Klinkhamer, 2005]

  • Mikroskopische Struktur der Raumzeit [Klinkhamer & Rupp, 2003-2005]:
    • "Löchrige" Raumzeit ("Spacetime Foam") beeinflusst die Ausbreitung von Licht.
    • TeV-Photonen aus aktiven Galaxien ⇒   lfoam < 1.6 × 10-22 cm.

3. Quantenphasenübergang und Neutrinooszillationen:

Eine neue Art Phasenübergang aufgrund von Fermi-Punkt-Splitting wurde vorgeschlagen [Klinkhamer & Volovik, 2004]. Ein solcher kritischer Punkt kann im BEC-BCS-Übergang von ultrakalten Gasen, bestehend aus fermionischen Atomen, stattfinden (beispielsweise Lithium-6 mit P-Wellen-Paarung). Man kann spekulieren, dass bei den Fermionen des Standardmodells ein Fermi-Punkt-Splitting auftritt, was anhand von Neutrino-Oszillations-Experimenten getestet werden könnte [Klinkhamer, 2004-2006].

 
 

Neutrino-Oszillations-Wahrscheinlichkeiten eines einfachen Modells mit drei Quarkflavours, das sowohl Fermi-Punkt-Splitting-Parameter Δb0(31) als auch Differenzen der Massenquadrate Δm231 beinhaltet. Die oberen beiden Schaubilder zeigen P ≡ P(νμ → νe) und in den unteren beiden ist P'' ≡ P(νe → νμ) dargestellt. Ist CPT-Invarianz gewährleistet, dann gilt sowohl P = P(anti-νe → anti-νμ) als auch P'' = P(anti-νμ → anti-νe). Die Wahrscheinlichkeiten sind Funktionen der dimensionslosen Parameter ρ ≡ (2 Eν) / (L |Δm231|) und τ ≡ L |Δb0(31)| (mit natürlichen Einheiten ℏ = c = 1) und gelten für einen Neutrinostrahl mit der Energie Eν und Länge L. Dargestellt sind Schnitte mit konstantem τ, wobei die dick gezeichneten Kurven in den beiden linken Schaubildern τ = 0 entsprechen (Modell, welches nur die Differenz der Massenquadrate berücksichtigt). Die dünnen und (kurz- bzw. lang-) gestrichelten Kurven in den beiden rechten Schaubildern für positive τ stehen jeweils für τ = 1,2,0 (mod 3). Diese Ergebnisse zeigen, dass es starke T- (und CP-verletzende) Effekte im Bereich hoher Energien des Neutrinospektrums geben könnte, welche ihre Ursachen im Fermi-Punkt-Splitting oder anderen emergenten physikalischen Effekten haben könnten.

4. Vakuumenergie und Kosmologie:

Wir wissen seit 1998, dass das Problem der kosmologischen Konstanten nicht nur ein, sondern gleich drei Rätsel umfasst:

  • Warum ist |ρvac| << (EPlanck)4 ?
  • Warum ist ρvac ≠ 0 ?
  • Warum ist heute ρvac ∼ ρMaterie ?

Ein neuer Zugang [Klinkhamer & Volovik, 2008], welcher die Lorentzinvarianz ernst nimmt (vgl. aktuelle UHECR-Schranken für Lorentzverletzung im Photonensektor [Klinkhamer, 2008]), basiert auf folgender Annahme:

Das perfekte Quantenvakuum kann betrachtet werden als ein sich selbst erhaltendes, lorentzinvariantes Medium mit einer neuartigen erhaltenen Ladung.

Das Argument basiert einzig auf der Thermodynamik (vgl. Einstein 1907) und hat ein Analogon in der Physik der kondensierten Materie (Larkin-Pikin Effekt, 1969).

Neue Arbeiten zum expandierenden (und beschleunigten) Universum sind [Klinkhamer, 2008; Klinkhamer & Volovik, 2008].

Kürzlich gehaltene Vorträge:
  1. A new approach to the cosmological constant problem (Seoul, October 2015)
  2. Sphalerons and anomalies (an introduction) (Seoul, October 2015)
  3. Elementary particle physics and cosmology for engineers (and others) (Karlsruhe, February 2013)
  4. Revisiting the cosmological constant problem (Cambridge, September 2012)
  5. Superluminal neutrino: Theoretical considerations (Karlsruhe, December 2011)
  6. Cosmological constant and q-theory (Karlsruhe, March 2011)
  7. Cosmological constant problem, q-theory, and new TeV-scale physics (Toronto, September 2010)
  8. Towards a derivation of G (Bremen, July 2010)
  9. Brief introduction to q-theory and a QCD-scale modified-gravity universe (Tokyo, May 2010)
  10. Lorentz invariance, vacuum energy, and cosmology (Princeton, August 2008)
  11. UHECR bounds on Lorentz violation in the photon sector (Penn State, August 2008)
  12. Nontrivial topology and CPT violation (Uppsala, September 2006)
  13. Lorentz noninvariance and neutrino oscillations (Belgium, February/March 2006)
  14. Electroweak baryon number violation: basic mechanism (Ann Arbor, June 2003)

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